摘要：本文就电容补偿容量的选择、节能计算方法、高压电容器组继电保护和接线形式等方面问题进行探讨。
关键词：电容补偿 节能 继电保护
一、概述
电力系统安装电容主要是为了补偿系统无功功率，维持系统电压稳定。分散、就地安装补偿电容，减少了电网内无功电流的流动，也起到降低网损的作用。近几年新增和改造的电容器都已投入运行，对电容补偿工作有了进一步的理解，为此总结探讨一下电容补偿方面的问题
二、节能计算方法
1、高压补偿电容节能计算
高压补偿电容投入后，因进线无功功率降低，进线电流降低，线路损耗随之降低。进线线路电抗器、电容回路串联电抗器上的损耗相对较小，可忽略不计。
为计算方便，用EXCEL表格加入公式，输入线路电阻、电容补偿容量、某天有功电量和无功电量直接出计算结果，表格示意图见图1。
图1：高压电容补偿节能计算EXCEL表示意图
以某配电所甲线为例，进线为2根1400米185铜芯电缆，查电缆参数每千米阻值为0.103Ω，计算过程如下：
进线线路阻值R=1.4*0.103/2=0.072(Ω)；
线路平均电流I=S/（1.732*U）=SQRT((30480/24)2+(7200/24)2)/ （1.732*6.3）
=119.6(A)
线路损耗功率△P=3I2R=3*119.62*0.072=3090(W)
每天损耗电量=24*△P/1000=74.16(kWh)
然后再假设未投电容，线路无功电量将变为7200+24*400=16800(kVARh)
按同样方法计算出线路损耗，将两种情况下的损耗相减，就得到了节能电量。
2、低压补偿电容节能计算
低压补偿电容节能含两部分，一部分是线路损耗的降低，计算方法同高压补偿电容计算，需要注意的是如果变压器安装地点离高压配电所较远，线路损耗的计算要包括高压配电所进线和配电所到变压器的线路损耗，另一部分就是变压器本体的损耗，其计算公式为：变压器的损耗=空载损耗+短路损耗*负载率²，电容补偿引起负载率变化，降低变压器负载损耗，起到节能效果
以某配电所1#变为例，计算用EXCEL表格示意图见图2。首先查铭牌参数中的容量、额定空载损耗和负载损耗，计算过程如下：
变压器平均负荷率=SORT(62642+6962)/24/1250=0.21
每日变压器损耗=（1.95+0.212*12）*24=59.51（kWh）
不补偿时，无功电量=696+200*24=5496（kVarh）
变压器平均负荷率=SORT(62642+54962)/24/1250=0.28
每日变压器损耗=（1.95+0.282*12）*24=69.02（kWh）
节能效果=不补偿时损耗-补偿后损耗=69.02-59.5=9.51（kWh）
图2：低压电容补偿变压器节能计算EXCEL表示意图
三、电容补偿容量选择
每个配电所电容补偿容量的选择要根据负荷的无功消耗决定，由上面的节能计算可以看出，低压侧的电容补偿节能效果要比高压侧补偿节能效果好，那么就要首先考虑低压配电所的无功补偿，然后再考虑高压电容补偿。
以某配电所为例，常减压1#变运行时平均有功功率513kW、无功功率266kVAR，功率因数0.89，如果要将功率因数提高到0.95，那么电容补偿容量约为100kVAR，考虑到负荷波动、电容器能分组投用和功率因数可以再高些等因素，补偿容量定为120~150kVAR比较合理。确定低压补偿容量后，再看高压，进线无功功率2013 kVAR，功率因数0.85，如果要将功率因数提高到0.97，那么总的电容补偿容量约为1200kVAR，减去低压总的补偿容量400 kVAR，高压再补偿800 kVAR就够用了。
对于主要负荷都为低压负荷的配电所，在低压补偿后，高压侧基本上就不用补偿了。
四、高压电容器组主接线
高压电容器组主接线原理图见图3，高压母线上接总开关，电容器组进线有隔离刀闸，各分支依次接分支开关、电流互感器CT、串联电抗、高压保险、电容和放电PT。部分原有的电容器分支回路电气元件的接线顺序存在问题，主要是PT和保险的位置不对。
关于PT接线，如图3中虚线所示，PT有接到电抗器上侧、保险上侧的接法，这些都是不合理的。由于串联电抗的存在，电容器的运行电压要比系统电压高，一般电抗器阻抗选6%，那么电容器的电压为系统电压的106%，所以6KV系统放电PT变比一般选6.6/0.1kV或7.2/0.1kV，这就要求放电PT要接在电抗器下侧，才能真实反映电容器的电压，而且放电PT最好能接到保险下侧，当保险熔断后，不影响电容放电，PT开口产生不平衡电压，不平衡保护能可靠动作。有的接线将保险放置在电抗器上侧，这也是不合理的，电抗器上侧系统短路电流一般为8kA，下侧不足1 kA，保险安装在上侧，存在系统短路电流大，不能可靠断开的问题。
图3：电容器组主接线原理图
五、高压电容器组继电保护配置
1、总开关继电保护配置
总开关一般有速断 、过流、过电压、低电压、零序过流保护。其中速度按保护按躲过电容器投入的瞬时极端冲击电流整定，保护范围为电抗器及以上；过流按可靠躲电容器组额定电流整定，能保护到电容器接线处的短路故障；低电压不能低于备自投的启动电压，一般取Udzj=50V，时间不能大于备自投时间，一般取0.5s；零序过流按一次电流大于5A跳闸整定，时限0s。
为了防止运行中的电容器误开柜门发生触电事故，电容器柜门设有限位开关，当误开柜门时连锁跳总开关。
2、分支开关继电保护配置
分支开关主要作用是投切电容，短路遮断容量比总开关小，无法开断大的短路电流，因此不设速断保护，速断由上级总开关跳闸；过流保护按能保护分支电容整定，0.3s跳本回路，也可联跳上级开关；过电压保护，PT均取自分支柜内，一般取Udzj=110V，7s跳闸；不平衡保护，取开口三角电压，一般取Udzj=5~10V，0.3s跳闸。
六、结束语
通过对电容补偿过程中常见问题的探讨，关注电容补偿工作，不断总结电容器在运行中也出现各种问题，提高电容补偿工作管理水平。电容补偿未来新技术主要有补偿控制器的智能化，由单纯的功率因数控制加入容量算法控制，电网整体无功补偿的控制，优化无功潮流分布。
论文作者:班兴卫
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
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